ES3059563T3 - Processing method and installation for recycling a photovoltaic module - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso de tratamiento para el reciclaje de un módulo fotovoltaico (M), dicho módulo fotovoltaico (M) comprende: - Una primera capa (1) en la cara posterior del módulo fotovoltaico (M), esta primera capa está hecha de al menos un material polimérico, - Una segunda capa (2), llamada capa intermedia, que comprende una envoltura de encapsulación (21) en la que se colocan las células fotovoltaicas (20), - Una tercera capa (3) que forma un segundo elemento protector en la cara frontal del módulo fotovoltaico (M), - El proceso comprende: - Una primera etapa de mecanizado (E2) de la primera capa del módulo fotovoltaico, configurada para eliminar el material que forma dicho primer elemento protector, - Una segunda etapa de mecanizado (E3, E3') de dicha capa intermedia, configurada para eliminar el material que forma la envoltura de encapsulación (21) y/o el material que forma dichas células fotovoltaicas (20). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento e instalación de tratamiento para reciclado de un módulo fotovoltaico

[0003] Campo técnico de la invención

[0004] La presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico así como una instalación de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico.

[0005] Estado de la técnica

[0006] Un módulo fotovoltaico consta de células fotovoltaicas destinadas a convertir energía solar en energía eléctrica. Dicho módulo fotovoltaico consta de numerosos materiales interesantes que pueden recuperarse y valorizarse cuando el módulo llega al final de su vida útil o es defectuoso.

[0007] Por lo general, un módulo fotovoltaico se presenta en forma de panel compuesto por el ensamblaje de tres capas superpuestas y fijadas entre sí:

[0008] • una primera capa (denominada "lámina posterior") que forma un primer elemento de protección en la cara trasera;

[0009] • una segunda capa, denominada capa intermedia; esta capa intermedia consta de las células fotovoltaicas, las conexiones eléctricas entre las células y una envoltura de encapsulación dispuesta alrededor de las células fotovoltaicas;

[0010] • una tercera capa que forma un segundo elemento de protección en la cara delantera; esta tercera capa puede ser de vidrio para que la atraviesen los rayos luminosos captados;

[0011] En vista del reciclado de un módulo fotovoltaico, ya se han tenido en cuenta diferente soluciones. Un primer método consiste en triturar el módulo en su totalidad, después someterlo a diversos tratamientos térmicos y/o químicos a fin de separar los materiales que forman parte de su composición, como el vidrio, la plata, el cobre, el silicio... Sin embargo, este primer método consume mucha energía y es poco respetuoso con el medio ambiente.

[0012] La solicitud de patente WO2019/043329A1 propone un método de desensamblaje de un módulo fotovoltaico, que consiste en retirar cada capa del módulo para separarla, cortándola con un hilo abrasivo. Cada capa retirada puede a continuación ser tratada de manera separada de cara a recuperar los materiales de interés. Este último método presenta determinados inconvenientes. Este necesita múltiples postes de tratamiento distintos, en primer lugar para su corte, después para el triturado de cada capa retirada.

[0013] La solicitud de patente EP3352227A1 y la solicitud de patente US2018/133720A1 describen soluciones de desensamblaje del módulo fotovoltaico.

[0014] El objetivo de la invención es proponer un procedimiento de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico que sea:

[0015] • fácil de implementar, que requiera solo pocas etapas de tratamiento;

[0016] • eficaz en cuanto a la duración;

[0017] • adaptado para recuperar fácilmente los diferentes materiales de interés.

[0018] Exposición de la invención

[0019] Este objetivo se logra por un procedimiento de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico, siendo dicho procedimiento tal como se define en la reivindicación 1.

[0020] Las particularidades del procedimiento se definen en las reivindicaciones dependientes.

[0021] La invención se refiere igualmente a una instalación de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico, siendo la instalación tal como se define en la reivindicación 5. Las particularidades de la instalación se definen en las reivindicaciones dependientes.

[0022] Cabe señalar que, a diferencia del estado de la técnica, las operaciones de mecanizado no se implementan aquí para dar a un objeto las dimensiones deseadas ni para darle una forma particular, sino para recolectar materiales de interés con altos rendimientos con el fin de valorizarlos.

[0023] Las virutas obtenidas, que normalmente se consideran residuos/desechos, son aquí una fuente de materiales de interés. El objetivo de esta invención es permitir el reciclado u ofrecer una segunda vida a los materiales que constituyen un módulo fotovoltaico. Esta invención permitirá que estos diferentes materiales se traten por separado y se revaloricen:

[0025] • el vidrio solar que forma la tercera capa podrá reintroducirse en la fabricación de módulos fotovoltaicos o utilizarse para otras aplicaciones;

[0026] • los compuestos fluorados contenidos en la primera capa podrán tratarse en una cadena especializada; • los metales y materiales contenidos en la segunda capa (silicio de las células, plata, aluminio, indio, cobre y estaño utilizados para las conexiones eléctricas...) podrán recuperarse y reciclarse;

[0027] • el material de encapsulación de las células (por ejemplo, EVA) puede reutilizarse en la fabricación de productos como alfombrillas, suelas de zapatos...

[0029] Breve descripción de las figuras

[0031] Otras características y ventajas que aparecerán en la siguiente descripción detallada, realizada junto con las figuras anexas y enumeradas a continuación:

[0033] • la figura 1 representa, en perspectiva, la arquitectura multicapa de un módulo fotovoltaico;

[0034] • la figura 2 representa, en sección, la arquitectura multicapa de un módulo fotovoltaico ;

[0035] • la figura 3 representa de manera esquemática la instalación de tratamiento para reciclado, según la invención;

[0036] • la figura 4 representa un diagrama que muestra las etapas del procedimiento de la invención y sus diferentes variantes;

[0037] • la figura 5 ilustra la segunda etapa del procedimiento de la invención, según dos variantes de realización;

[0038] • la figura 6 ilustra la tercera etapa del procedimiento de la invención;

[0039] • la figura 7 ilustra la tercera etapa del procedimiento de la invención, según otra variante de realización.

[0040] Descripción detallada de al menos un modo de realización

[0042] Continuando con la descripción, la cara delantera del módulo fotovoltaico M corresponde a una cara del módulo que recibe los rayos luminosos y la cara trasera corresponde a la cara opuesta a la cara delantera.

[0044] En la descripción que sigue, cada capa del módulo fotovoltaico presenta dos caras opuestas, una primera cara orientada hacia atrás y una segunda cara orientada hacia delante.

[0046] En lo sucesivo, por "elemento de protección" se entiende un elemento que puede presentar una función de rigidización y/o una función de protección de la superficie.

[0048] Haciendo referencia a la figura 1 y a la figura 2, como se sabe, un módulo fotovoltaico consta de varias capas superpuestas y ensambladas entre sí:

[0050] • una primera capa 1 (denominada frecuentemente "lámina posterior") que forma un primer elemento de protección en la cara trasera; esta primera capa habitualmente se realiza en un material de tipo polimérico;

[0051] • una segunda capa 2, denominada capa intermedia, intercalada entre la primera capa y la tercera capa (descrita más adelante), que permite el ensamblaje de un lado de la primera capa y del otro lado de la tercera capa; esta capa intermedia consta de las células fotovoltaicas 20, la conexión eléctrica 22 y una envoltura de encapsulación 21 dispuesta alrededor de las células fotovoltaicas;

[0052] • una tercera capa 3 que forma un segundo elemento de protección en la cara delantera; siendo esta tercera capa 3 habitualmente de vidrio.

[0054] Cabe señalar que en las figuras adjuntas, el módulo fotovoltaico M se representa invertido, de modo que su cara trasera se encuentra arriba y la cara delantera se encuentra abajo.

[0056] Por razones de legibilidad en las figuras adjuntas, las diferentes capas del módulo no se representan a escala. A modo de ejemplo, la primera capa 1 puede presentar un grosor de unos cientos de µm (por ejemplo, entorno a 350 µm), la segunda capa 2 puede presentar un grosor que puede ir hasta 1 mm y la tercera capa 3 puede presentar un grosor de entorno a 3 a 4 mm.

[0058] La primera capa 1 puede garantizar, en particular, una función de impermeabilidad a los gases y al agua, una función de protección/aislamiento eléctrico y una función de protección mecánica. Esta primera capa 1 puede estar fabricada a base de un polímero fluorado. Puede tratarse de polifluoruro de vinilo (PVF), comercializado, por ejemplo, con el nombre TEDLAR (marca registrada) por la empresa DuPont (marca registrada).

[0060] De manera no limitativa, la primera capa 1 puede estar compuesta a su vez por una pila de varias capas: una capa de PVF, una capa de PET (tereftalato de polietileno) y una capa de PVF.

[0061] En la capa intermedia 2, la envoltura de encapsulación 21 se fabrica habitualmente con un polímero como EVA (etilenoacetato de vinilo), que forma un material al que pueden adherirse la primera capa 1 por un lado y la tercera capa 3 por el otro lado y permitir el ensamblaje de las tres capas entre sí. Las tres capas pueden ensamblarse entre sí mediante laminación en caliente, de modo que la primera capa y la tercera capa se adhieran al material de la envoltura de encapsulación, formando de este modo un apilamiento monobloque.

[0062] En la capa intermedia 2, las células fotovoltaicas 20 están conectadas entre sí, en serie/paralelo, formando varias cadenas ("string" en inglés) de células. Los elementos de conexión eléctrica 22, por ejemplo de cobre, permiten asegurar las conexiones eléctricas entre las células 20 de cada cadena.

[0063] El módulo fotovoltaico M puede constar de un marco (no representado), por ejemplo de aluminio, dispuesto en el perímetro de la pila para rigidizar el módulo M. Para la implementación de la invención descrita a continuación, este marco, así como la caja de conexiones eléctricas (no representada) generalmente fijada en la cara trasera del módulo M, se retiran previamente. El procedimiento de la invención se dirige más concretamente al tratamiento del apilamiento de capas del módulo fotovoltaico M.

[0064] Como se indica anteriormente, la invención se aplica a un módulo fotovoltaico M cuya primera capa 1 está formada por un material fácilmente mecanizable, tal como un material de tipo polimérico.

[0065] El principio de la invención consiste en mecanizar la primera capa 1 en primer lugar y recoger las virutas 100 emitidas por esta primera operación de mecanizado después de mecanizar la segunda capa 2 y de recoger las virutas 200 emitidas por esta segunda operación de mecanizado. La tercera capa 3, por ejemplo de vidrio, puede recuperarse a continuación en su totalidad.

[0066] El procedimiento de tratamiento de la invención está implementado con ayuda de una instalación de tratamiento adaptada.

[0067] En referencia a la figura 3, la instalación de tratamiento según la invención consta de un primer puesto de mecanizado U1 dedicado al mecanizado de la primera capa 1 y un segundo puesto de mecanizado U2 dedicado al mecanizado de la segunda capa 2. Igualmente, consta de una unidad de tratamiento y control UC, encargada de controlar los puestos de mecanizado teniendo en cuenta los parámetros de entrada y los datos de medición, por ejemplo, proporcionados por sensores C. Esta unidad de tratamiento y control UC es, ventajosamente, un mecanismo programable dotado de varios módulos de entradas/salidas.

[0068] Para la implementación del procedimiento de la invención, el módulo fotovoltaico M que se va a tratar se inmoviliza en posición horizontal, por ejemplo, empleando un adhesivo, abrazaderas mecánicas y/o un sistema de aspiración. El módulo fotovoltaico vuelve ventajosamente, de forma que su cara trasera está disponible para el mecanizado (como en las figuras anexas).

[0069] La figura 4 representa un diagrama que representa las diferentes etapas del procedimiento de la invención y sus posibles variantes.

[0070] Según un aspecto particular de la invención, una etapa inicial E0 del procedimiento consiste en caracterizar el módulo fotovoltaico M a tratar. Esta caracterización consiste principalmente en determinar las dimensiones del módulo fotovoltaico M, es decir, por ejemplo y de manera no limitativa:

[0071] • el grosor de la primera capa 1,

[0072] • el grosor de la segunda capa 2, al nivel de las células fotovoltaicas 20 y al nivel de la envoltura de encapsulación 21.

[0073] • ventajosamente, la densidad/dureza de los materiales que componen cada capa,

[0074] • ventajosamente, las dimensiones de las células fotovoltaicas 20,

[0075] • ventajosamente, las dimensiones de los elementos de conexión 22 de cobre que unen las células,

[0076] • ventajosamente, el grosor de la tercera capa 3,

[0077] • ventajosamente, las colocación de las células fotovoltaicas en la segunda capa.

[0078] Ventajosamente, la longitud y la anchura del módulo fotovoltaico M. Algunos de estos datos son, por supuesto, opcionales y se adquieren para optimizar la implementación del procedimiento. Este es el caso, por ejemplo, de la densidad/dureza de los materiales que componen cada capa, datos que son útiles para controlar la velocidad de mecanizado aplicada en cada puesto de mecanizado U1, U2, con el objetivo final de mantener, en particular, un par motor compatible con la motorización instalada.

[0079] Hay que señalar que determinados parámetros enumerados anteriormente pueden ser datos del fabricante, memorizados en la unidad de tratamiento y control UC.

[0080] Durante una primera etapa E1, la unidad de tratamiento y control UC adquiere de esta forma los datos útiles para la caracterización del módulo. Pueden ser introducidos manualmente por un operador y/o determinados de manera automático, utilizando sensores C de la instalación, conectados a módulos de entrada de la unidad de tratamiento y control UC. Estos datos de grosor de las capas y ventajosamente de densidad/dureza que permiten a la unidad de tratamiento y control UC controlar cada puesto de mecanizado U1, U2 de manera adaptada, seleccionar las zonas a mecanizar para determinar los materiales de interés y mecanizar el máximo de materia, minimizando las pérdidas. Especialmente, se podrá adaptar la profundidad de pasada de mecanizado y la velocidad de avance de la herramienta en el material y de rotación de la herramienta, en función del grosor de la capa tratada y de la densidad/dureza del material que la compone.

[0081] Para optimizar el mecanizado de la segunda capa 2, también es preferible disponer de datos sobre la geometría de las células presentes en esta capa.

[0082] Del mismo modo, el cabezal de mecanizado y/o la granulometría de la banda abrasiva empleada pueden igualmente adaptarse.

[0083] Una segunda etapa, representada en la figura 5, consiste en un primer mecanizado de la primera capa 1.

[0084] Este primer mecanizado se realiza con primeros medios de mecanizado.

[0085] En una primera realización ilustrada por la etapa E2, los primeros medios de mecanizado pueden constar de una banda abrasiva 50 o una muela, accionada en rotación por un motor para recoger, en cada pasada, al menos una parte del material que compone la primera capa 1. Es ventajoso realizar varias pasadas sucesivas para quitar toda la materia que forma la primera capa 1. La banda abrasiva 50 o la muela se lleva en paralelo a la superficie de la primera capa. Se controla de manera que su cara de lijado se apoye contra la superficie de la primera capa 1.

[0086] Las virutas 100 emitidas por el mecanizado de la primera capa se recopilan en los primeros medios de recogida 101. Una tercera etapa, representada en la figura 6 y en la figura 7, consiste en un segundo mecanizado de la segunda capa 2.

[0087] Esta tercera etapa se implementa después de la segunda etapa descrita anteriormente. Esta se inicia cuando se retira por completo la materia que forma la primera capa 1, con el fin de evitar cualquier mezcla entre los materiales que forman la primera capa 1 y los que forman la segunda capa 2.

[0088] En la práctica, se podría prever una etapa intermedia, situada entre la segunda etapa y la tercera etapa, con un mecanizado de poca profundidad de pasada realizado a caballo entre las dos capas. Los polvos obtenidos a continuación deberían entonces separarse entre sí, para un tratamiento específico.

[0089] Según los medios de mecanizado empleados, el mecanizado implementado durante esta tercera etapa permite retirar la materia que forma el conjunto de la segunda capa 2 y según la invención seleccionar las zonas a mecanizar para realizar una clasificación entre los materiales que forman la envoltura de encapsulación 21 y los materiales que forman las células fotovoltaicas 20.

[0090] En una primera variante ilustrada por la etapa E3, los medios de mecanizado pueden estar formados por una banda abrasiva 60 o por una muela, accionada en rotación y controlada para efectuar una o varias pasadas en la segunda capa 2 de cara a pulir la segunda capa. La banda abrasiva 60 o la muela se lleva en paralelo a la superficie de la segunda capa 2. Se controla de manera que su cara de lijado se apoye contra la superficie de la segunda capa 2. En esta primera variante, las virutas 200 obtenidas son una mezcla de los materiales que forman a la vez la envoltura de encapsulación y las células fotovoltaicas. Se recogen por medios de recogida 201 separados de los primeros medios de recogida 101.

[0091] En una segunda variante según la invención, ilustrada por la etapa E3' en la figura 7, los medios de mecanizado constan de una fresa 70 que se puede accionar por rotación. La fresa 70 se controla para seleccionar las zonas a mecanizar y permite quitar la segunda capa 2 de manera localizada.

[0092] Según la invención, únicamente se mecanizan las zonas ocupadas por las células fotovoltaicas 20 (figura 7 - E3'_1) o las zonas ocupadas por la envoltura de encapsulación 21 (figura 7 - E3'_2).

[0093] De esta forma, se pueden obtener virutas 300_1 que solo comprenden los materiales que forman las células fotovoltaicas o las virutas 300_2 que solo contienen los materiales de la envoltura de encapsulación.

[0094] El cabezal de la fresa 70 se lleva perpendicularmente a la superficie de la segunda capa 2 y se acciona en rotación para atacar la materia en la zona determinada. Una vez que los materiales de la envoltura de encapsulación 21 o las células fotovoltaicas 20 se han retirado y recogido, el mecanizado puede proseguir para terminar de retirar la segunda capa 2. Para cada una de las dos variantes E3'_1 y E3'_2, las virutas 300_1, 300_2 retiradas se recogen de manera separada en los segundos medios de recogida 301_1, 301_2.

[0095] Este mecanizado se puede realizar con la ayuda de la misma fresa 70 o de otra fresa. Igualmente, será posible emplear una banda abrasiva o un hilo diamantado para retirar las zonas restantes y todavía no mecanizadas por el primer fresado.

[0096] Por supuesto, hay que tener en cuenta que cada etapa de mecanizado es independiente y puede implementarse según una u otra de las variantes descritas anteriormente. De esta forma, se puede imaginar hacer el primer mecanizado con un hilo diamantado y un segundo mecanizado con la fresa o el primer mecanizado con la banda abrasiva y el segundo mecanizado con el hilo diamantado. De esta forma, todas las combinaciones son posibles. Con el fin de efectuar los mecanizados más precisos posibles, es necesario determinar previamente la topología del módulo fotovoltaico M.

[0097] De manera no limitativa, al final de cada etapa de mecanizado, la unidad de tratamiento y control UC puede estar configurada para asegurar un nuevo control de los grosores de cada capa del módulo fotovoltaico M.

[0098] En una instalación que utiliza una o varias bandas abrasivas, la presión aplicada en la banda o en la muela para efectuar el mecanizado se hará con la ayuda de múltiples rodillos/zapatas en toda la longitud de la banda. De esta forma, el grosor de material retirado será idéntico a pesar de las irregularidades en la topología y de forma que cada fracción de viruta recogida sea lo más pura posible. A título de ejemplo, se pueden obtener virutas compuestas con un 95 % del material retirado.

[0099] De manera ventajosa, las dos etapas de mecanizado se realizan en seco, con el fin de evitar cualquier degradación de los materiales recogidos, como la oxidación de los metales, por ejemplo. Cabe señalar que todo lo descrito anteriormente para el procedimiento de tratamiento de la invención se aplica en el marco de la instalación de tratamiento y a la inversa. La instalación de tratamiento consta de los medios materiales e informáticos para la implementación del procedimiento de tratamiento.

[0100] El procedimiento y la instalación según la invención son particularmente relevantes cuando se trata de recoger los materiales de interés de un módulo fotovoltaico M, con vistas al reciclado. Después de recoger estos materiales, será posible:

[0101] • reutilizar las placas de vidrio para la fabricación de módulos fotovoltaicos novedosos o al menos reintroducirlos en la red de reciclado de placas de vidrio;

[0102] • tratar los compuestos fluorados presentes en la primera capa 1 de manera adecuada;

[0103] • recuperar y valorizar los materiales utilizados para las células fotovoltaicas 20 y los elementos de conexión eléctrica como el silicio, el cobre, el estaño, el indio, la plata, el aluminio, etc.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico (M), comprendiendo dicho módulo fotovoltaico (M) varias capas superpuestas formadas por:

- una primera capa (1) que forma un primer elemento de protección en la cara trasera del módulo fotovoltaico (M), estando esta primera capa realizada a base de al menos un material polimérico,

- una segunda capa (2), denominada capa intermedia, intercalada entre la primera capa (1) y una tercera capa (3) y que comprende una envoltura de encapsulación (21) en la que se colocan células fotovoltaicas (20),

- formando la tercera capa (3) un segundo elemento de protección en la cara delantera del módulo fotovoltaico (M), - comprendiendo el procedimiento:

- una etapa de adquisición (E1) de grosores de la primera capa y de la capa intermedia,

- una primera etapa de mecanizado (E2) de la primera capa del módulo fotovoltaico, configurada para quitar la materia que forma dicho primer elemento de protección,

- una segunda etapa de mecanizado (E3, E3') de dicha capa intermedia, configurada para mecanizar las zonas ocupadas por las células fotovoltaicas (20) o las zonas ocupadas por la envoltura de encapsulación (21),

- estando la segunda etapa de mecanizado realizada por fresado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera etapa de mecanizado está realizada por lijado por medio de una banda abrasiva (50) o de una muela.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que consta de una primera etapa de recogida de virutas (100) obtenida quitando la materia durante la primera etapa de mecanizado.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que consta de una segunda etapa de recogida de virutas (200, 300_1, 300_2) obtenidas quitando la materia durante la segunda etapa de mecanizado.

5. Instalación de tratamiento para el reciclado de un módulo fotovoltaico (M), comprendiendo dicho módulo fotovoltaico varias capas superpuestas formadas por:

- una primera capa (1) que forma un primer elemento de protección en la cara trasera del módulo fotovoltaico (M), - una segunda capa (2), denominada capa intermedia, intercalada entre la primera capa (1) y una tercera capa (3) y que comprende una envoltura de encapsulación (21) en la que se colocan células fotovoltaicas (20),

- formando dicha tercera capa (3) un segundo elemento de protección en la cara delantera del módulo fotovoltaico, -constando la instalación de ▪ ▪ una unidad de tratamiento y control (UC) que consta de medios de adquisición de grosores de la primera capa y de la capa intermedia,

- primeros medios de mecanizado (U1) de la primera capa del módulo fotovoltaico, controlados por la unidad de tratamiento y control (UC) y configurados para quitar la materia que forma dicho primer elemento de protección, - segundos medios de mecanizado (U2) de dicha capa intermedia, controlados por la unidad de control y tratamiento (UC) y configurados para mecanizar únicamente las zonas ocupadas por las células fotovoltaicas (20) o las zonas ocupadas por la envoltura de encapsulación (21),

- los segundos medios de mecanizado constan de una fresa (70).

6. Instalación según la reivindicación 5, caracterizada por que los primeros medios de mecanizado constan de una banda abrasiva (50) o una muela.

7. Instalación según la reivindicación 5 o 6, caracterizada por que consta de primeros medios de recogida (101) de virutas (100) obtenidos quitando la materia por los primeros medios de mecanizado.

8. Instalación según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por que comprende dos segundos medios de recogida (201, 301_1, 301_2) de virutas (200, 300_1, 300_2) obtenidos quitando materia por los segundos medios de mecanizado.